Leiterplatten-Datenformate: Die besten Optionen für Ihr Projekt

Sie haben Ihr Layout fertig, die DRC ist sauber, der Export läuft durch. Sie packen einen Ordner voll Dateien – ein paar mit der Endung.gbr, dazu Excellisten mit Lagenaufbau und Impedanzdaten, vielleicht eine DXF-Datei für den Nutzen – und schicken das Ganze an den Fertiger. Am nächsten Morgen kommt die Rückfrage: Welcher Layer ist Lötstopplack? Welche Oberfläche ist bestellt? Ist die vierte Lage wirklich Masse oder doch Versorgung? Und während Sie noch antworten, schleicht sich das Gefühl ein, dass die eigentliche Layoutarbeit fertig war – die Datenübergabe aber gerade erst beginnt.

Genau an dieser Nahtstelle entscheidet sich, ob Ihr Projekt planmäßig in die Fertigung läuft oder ob CAM-Techniker, Bestückung und Qualitätssicherung gemeinsam Rätsel raten müssen. Die Wahl des Leiterplatten-Datenformats – ob Gerber X2 mit Job File, ODB++Design oder IPC-2581C – ist dabei weniger eine Geschmacksfrage als eine praktische: Welche Informationen reichen tatsächlich beim CAM an, und welche müssen Sie weiterhin mündlich, per Excelliste oder durch Reverse Engineering ergänzen? Schauen wir uns die drei relevantesten Optionen einmal in Ruhe an, mit dem Blick einer Layout-Entwicklerin, die schon zu oft erlebt hat, wie ein eigentlich gutes Design an einer lückenhaften Datenübergabe zu kippen drohte.

Ein Datenformat ist kein Selbstzweck – es ist ein Vertrag zwischen Ihrem CAD-System und der CAM-Abteilung des Fertigers. Dieser Vertrag steht und fällt damit, ob beide Seiten dieselbe Sprache sprechen.

Die Evolution der Gerber-Daten: von RS-274X zu X2 und Job File

Wer in den Neunzigern Leiterplatten entwickelt hat, kennt das ursprüngliche RS-274-D-Format noch als nackte Bilddaten: Aperture-Liste, Koordinaten, fertig. Das war zu einer Zeit, in der die CAM-Werkzeuge noch viel Toleranz hatten und der Entwickler ohnehin jeden Layer manuell zuordnete. Mit RS-274X (Extended Gerber) wurden D-Codes zur Definitionsdatei – ein Fortschritt, aber die Beschreibung dessen, was ein Pad tatsächlich darstellt, blieb weiterhin eine Sache der Konvention zwischen den beiden Häusern.

Gerber X2 hat diese Lücke konsequent geschlossen. Die finale Spezifikation wurde im ersten Quartal 2014 veröffentlicht, und seither stehen standardisierte Attribute zur Verfügung, mit denen sich die Datei selbst beschreibt. Über die Befehle TF, TA, TO und TD lassen sich unter anderem Dateifunktion (also: ist das Lötstopplack oben, Bestückungsdruck, Kupferlage 3?), Dateipolarität (positiv oder negativ), Teiltyp und Pad-Funktion (SMD-Pad, Through-Hole-Via, Lötstopplack-Steg) eindeutig kennzeichnen. Für den CAM-Operator bedeutet das: er muss nicht mehr raten, welcher Layer wofür gedacht ist, und das Risiko, dass der Lötstopplack versehentlich auf den Bestückungsdruck gelegt wird, sinkt erheblich.

Wichtig zu wissen: Die X2-Attribute verändern das gerenderte Bild nicht. Wer die Attribute nicht liest, bekommt trotzdem eine korrekte Kupfer- oder Lötstopplackabbildung. Gerber X2 bleibt damit vollständig rückwärtskompatibel zu X1 – ein Aspekt, der bei der Frage, ob ein Fertiger X2 „versteht", oft missverstanden wird. Es geht nicht darum, dass der Fertiger X2 beherrschen muss, sondern darum, dass die Attribute, wenn er sie liest, die CAM-Bearbeitung enorm vereinfachen.

Das Gerber Job File ergänzt diese Bilddaten dann um die Informationen, die im Bild selbst nicht stehen: Oberflächenfinish, Gesamtdicke der Leiterplatte, Materialangaben, Lagenaufbau, Impedanzvorgaben. Ucamco gibt das Gerber Job Format in der Revision 2020.08 heraus und stellt klar, dass das Job File sowohl mit Gerber X1 als auch mit Gerber X2 funktioniert. Praktisch heißt das: Sie können X2-Bilddaten liefern, brauchen das Job File aber nicht zwingend in derselben Generation – solange Sie die Zusatzinformationen an einer Stelle bündeln, die der Fertiger tatsächlich findet.

Gerber X2 allein beschreibt die Leiterplatte. Gerber X2 plus Job File beschreibt das, was Sie tatsächlich bestellen wollen. Der Unterschied zwischen beiden entscheidet, wie viele Rückfragen Sie bekommen.

ODB++Design: das integrierte Datenpaket

Während die Gerber-Welt in Schichten denkt – Bilddaten hier, Job File dort, Excelliste für die Impedanz, separate Datei für den Nutzen –, verfolgt ODB++Design einen anderen Ansatz: alles liegt in einer einzigen, integrierten Datenstruktur. Eingeführt wurde das Format 1995, die Anbieter-Website spricht von der Formatversion 8.1. In dieser einen Datenwurzel finden sich nicht nur die Bildlagen und Bohrdaten, sondern auch Stückliste, Bestückungsinformationen, Testpunkte und Netlist – also genau die Daten, die später CAM, Bestückung und AOI gemeinsam brauchen.

Für uns Layout-Entwickler ist ODB++Design vor allem dann interessant, wenn der Fertiger das Format nativ versteht und nicht erst in einen Gerber-Würfel zurückkonvertiert. In vielen mittelständischen deutschen Leiterplattenfertigern ist ODB++Design seit Jahren Standard, gerade bei komplexeren Aufbauten und überall dort, wo Starrflex, Microvias oder Impedanzkontrolle ins Spiel kommen. Die Vorteile liegen auf der Hand: eine Datei, eine Versionsnummer, eine Quelle der Wahrheit – vorausgesetzt, der Export aus dem CAD-System sitzt sauber und der Empfänger importiert tatsächlich die Stückliste mit.

Wichtig bleibt die Einordnung: ODB++Design ist kein formeller Standard eines Normungsverbands wie DIN, IEC oder IPC. Es ist ein herstellergetriebenes Format, das sich über Verbreitung etabliert hat – ein De-facto-Standard. Das hat praktische Konsequenzen. Einige CAM-Werkzeuge interpretieren Attribute anders als andere, und wenn der Fertiger eine ältere Formatversion erwartet, während Sie 8.1 exportieren, kann das CAM erstmal stolpern. Wir tun also gut daran, vor dem Versand kurz zu klären, welche ODB++-Version tatsächlich erwartet wird – und nicht nur, ob „ODB++" irgendwo angekreuzt ist.

Ein weiterer Punkt, der im Alltag oft unterschätzt wird: ODB++Design trägt die Information über den Nutzenaufbau, die V-Score-Position und die Fräskonturen bereits strukturiert mit. Was bei einer Gerber-Übergabe noch in einer Excelliste oder einer separaten DXF-Datei landet, ist hier ein Teil der Datenstruktur. Gerade bei komplexen Mehrfachnutzen oder bei Starrflex-Designs, wo Faltungen und Starrzonen genau beschrieben werden müssen, zahlt sich das aus.

IPC-2581C: XML-Durchgängigkeit für anspruchsvolle Designs

IPC-2581 geht noch einen Schritt weiter als ODB++Design: Es ist ein XML-Schema, das die gesamte Leiterplatte samt Baugruppe in einer einzigen, intelligenten Datenstruktur abbildet. Die erste Version erschien im März 2004, es folgten Revision A im Mai 2012 und Revision B im September 2013. Die in den vorliegenden IPC-Unterlagen geführte Revision C datiert auf November 2020 und erweitert das Format unter anderem um Unterstützung für Starrflex-Leiterplatten, eingebettete Bauteile, Kavitäten, Edge Plating, Senkungen, quadratische Bohrungen und beabsichtigte Netzkurzschlüsse – letztere ein Detail, das bei der Beschreibung von Designintention wirklich hilft. Auch ein bidirektionaler DFX-Austausch vor Produktionsbeginn ist Bestandteil der Revision C, was bedeutet, dass der Fertiger schon in der Angebotsphase Hinweise zur Fertigbarkeit in dieselbe Datenstruktur zurückspielen kann.

Die Einheitenfrage klingt banal, ist aber im Alltag ein Stolperstein: IPC-2581C erlaubt sowohl englische (Inch, mil) als auch SI-Einheiten (mm) im selben Datensatz – eindeutig gekennzeichnet, keine impliziten Annahmen. Wer aus einem CAD-System exportiert, das intern in einer Mischung arbeitet, sollte vor dem Versand prüfen, welche Einheit tatsächlich geschrieben wurde. Falsche Einheit im Datenstrom ist eine der häufigsten Ursachen für „die Leiterplatte ist um den Faktor 25,4 zu groß" – und ja, das ist tatsächlich schon vorgekommen.

Wo Licht ist, ist auch Schatten: IPC-2581C ist mächtig, aber nicht jeder CAM-Workflow verarbeitet alle Bestandteile gleich gut. Manche Fertiger lesen nur die Kupfer- und Bohrlagen und ignorieren die Starrflex-Beschreibung; andere wiederum setzen die Baugruppeninformation voraus, um AOI-Programme zu generieren. Wir sollten uns also nicht allein darauf verlassen, dass der Fertiger „IPC-2581" als Haken gesetzt hat – sondern konkret fragen, welche Bestandteile tatsächlich eingelesen und weiterverarbeitet werden.

Bohr- und Fräsdaten nicht vergessen: die Rolle von XNC

Wenn wir uns die drei Bilddatenformate ansehen, vergessen wir leicht einen vierten Mitspieler: die Bohrdaten. Eine Leiterplatte ist mehr als Kupfer und Lötstopplack – Vias, Durchkontaktierungen, Sacklöcher, Fräskonturen und Nutzentrennung gehören genauso in das Datenpaket wie die Kupferlagen. Ucamco listet für Bohrdaten die XNC Format Specification, in der dokumentierten Revision 2021.11 vom Dezember 2021. Diese Spezifikation beschreibt, wie Bohr- und Fräsdaten strukturiert zu übergeben sind, und zwar unabhängig davon, ob Sie zusätzlich Gerber- oder ODB++-Daten liefern.

Im Alltag begegnet uns das immer wieder in Form von Excellisten, in denen der CAM-Operator die Bohrtabelle manuell nachpflegen muss. Das ist nicht nur fehleranfällig, sondern kostet bares Geld, weil CAM-Stunden in der Regel weiterberechnet werden. Wenn Sie die Bohrdaten also als XNC strukturiert mitliefern – oder, was je nach Fertiger noch eleganter ist, in ODB++Design oder IPC-2581C eingebettet – sparen Sie Diskussionen über Bohrlochdurchmesser, Toleranzklassen und die Plattierung. Die XNC-Spezifikation klingt trocken, ist aber im Grunde nur eine klare Struktur: welcher Bohrtyp, welcher Durchmesser, welche Toleranz, welches Werkzeug. Wer das einmal sauber aufgesetzt hat, will es nicht mehr missen.

Ein Wort zur Vorsicht: Bohr- und Fräsdaten sollten nicht allein über die Dateiendung identifiziert werden. Eine.txt-Datei kann XNC enthalten, eine.drl-Datei kann eine Excelliste sein, und eine.csv-Datei kann Bohrdaten in einem dritten Format transportieren. Wir verlassen uns besser nicht auf Endungen, sondern auf das, was in der Datei tatsächlich steht, und auf die Dokumentation des Fertigers, welches Format er konkret erwartet.

Sechs Punkte für die fehlerfreie Datenübergabe

Nach diesem Formatvergleich bleibt die Frage, wie wir die Datenübergabe in der Praxis tatsächlich fehlerfrei hinkriegen. Ein paar Punkte, die sich in unserer Layout-Praxis bewährt haben:

1. Klären Sie vor dem ersten Export, welche Daten Ihr konkreter Fertiger tatsächlich verarbeitet. Die Website wirbt oft mit allen drei großen Formaten – die CAM-Abteilung arbeitet aber vielleicht nur mit einem davon routiniert.

2. Liefern Sie Bilddaten plus Job File (oder das Äquivalent in ODB++Design / IPC-2581) plus eine lesbare Lagenaufbau-Dokumentation, in der Impedanz, Material, Oberflächenfinish und Lagenreihenfolge eindeutig stehen. Diese Excelliste ist auch dann hilfreich, wenn das Datenformat alles könnte – sie ist die Brücke zwischen CAD-Welt und Fertigungsalltag.

3. Verwenden Sie, wo immer möglich, standardisierte X2-Attribute für Pads, Vias und Lötstopplack. Das kostet im CAD-System zwei Klicks, spart aber im CAM eine halbe Stunde Rückfrage.

4. Behandeln Sie die Netlist als integralen Bestandteil. Ucamco warnt explizit vor fehlenden oder schlecht verwendeten Netlist-Dateien (IPC-356A) – sie sind die Versicherung gegen Kupferfehler, die im reinen Bilddatenvergleich sonst erst spät auffallen.

5. Wenn Sie Starrflex entwickeln, fragen Sie explizit nach, ob Ihr Format die Starrzonen und Faltungen korrekt transportiert. Hier ist der Unterschied zwischen „Format unterstützt es" und „CAM versteht es" erfahrungsgemäß am größten.

6. Pflegen Sie eine kurze Übergabe-Checkliste im Team: Layerbenennung, Bohrtabelle, Impedanzvorgaben, Nutzen, Bestückungsdruck, Lötstopplackfreigaben. Vier Augen sehen mehr als zwei, und nach dem zehnten Projekt vergisst man auch gerne mal das Offensichtliche.

Welches Format für welchen Fall?

Gerber X2 mit Job File bleibt der breit akzeptierte Standard für mittlere Komplexität. Wenn Sie eine vierlagige Standardleiterplatte mit ein paar Impedanzleitungen fertigen lassen, sind Sie mit X2-Bilddaten plus Job File plus kurzer Lagenaufbau-Tabelle praktisch immer auf der sicheren Seite. Die Verbreitung ist hoch, die CAM-Werkzeuge sind eingespielt, die Fehlerquote ist bei sauberer Datenpflege niedrig, und Gerber X2 bleibt auch zu X1 rückwärtskompatibel – selbst ein älterer CAM-Workflow kommt damit zurecht, wenn auch ohne den Komfortgewinn der Attribute.

ODB++Design lohnt sich, sobald die Leiterplatte komplexer wird – viele Lagen, Starrflex, mehrere Nutzen, enge Toleranzen, Bestückung im Haus des Fertigers. Die integrierte Struktur spart Schnittstellen und reduziert die Zahl der Dateien, die parallel gepflegt werden müssen. In Deutschland ist ODB++Design bei vielen mittelständischen Fertigern und EMS-Dienstleistern das Arbeitspferd der Wahl.

IPC-2581C spielt seine Stärke aus, wenn der Design-Workflow ohnehin schon stark XML-orientiert ist – etwa in großen Konzernen mit durchgängigem PLM-Ansatz – und wenn die Komplexität des Designs die Vorteile der strukturierten Beschreibung voll ausschöpft. Für einfache zweilagige Platinen ist es oft Overkill, für einen 14-Lagen-Starrflex-Aufbau mit Edge Plating und eingebetteten Bauteilen kann es dagegen die präziseste und reproduzierbarste Wahl sein.

Was wir aus der Praxis mitnehmen: Es gibt kein pauschal „bestes" Leiterplatten-Datenformat. Was es gibt, ist das passende Format für Ihren konkreten Fertiger, Ihr konkretes Design und Ihren konkreten CAM-Workflow. Wer vor dem ersten Export kurz nachfragt, welche Version tatsächlich erwartet wird und welche Bestandteile der Fertiger einliest, spart sich die Rückrufe am nächsten Morgen – und die CAM-Stunden, die sonst in das Reverse Engineering Ihrer Excellisten fließen würden.